DE1936577C3 - Einrichtung zum Füllen einer Form mit schäumbaren Teilchen aus thermoplastischem Kunststoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Füllen einer Form mit schäumbaren Teilchen aus thermoplaste schem Kunststoff der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art

Diese Einrichtung ist im folgenden kurz als »Füllinjektor« bezeichnet

Ein Füllinjektor der im Oberbegriff des Patenten- « spruchs 1 genannten Art ist aus dem DE-GM 19 29 751 bekannt Das Innenrohr endet einfüllseitig zwar in der Nähe der Form, jedoch in einigem Abstand von der in die Form einführbaren EinfüUöffnung des Füllinjektors. Das Außenrohr, das das Innenrohr unter Bildung eines ^Μ Ringraumes umgibt, überragt das Innenrohr einfüllseitig und weist in diesem überstehenden Bereich einen Innendurchmesser auf, der dem Innendurchmesser des Innenrohres entspricht Der Ringspalt zwischen dem einfüllseitigen Ende des Innenrohres und dem Außenrohr dient als Treibdüse. Die einfüllseitig am Ende des Außenrohres ausgebildete EinfüUöffnung ist durch einen axialverschiebbaren Kolben verschließbar, der während des Einfüllens aus dem einfüllseitigen Bereich des Außenrohres durch das Innenrohr hindurch bis axial ^ω hinter die Einmündung einer Aufgabeleitung in das Innenrohr zurückgezogen ist. Nach Beendigung des Einfülltaktes wird der Kolben wiederum durch das Innenrohr hindurch verschließend in die EinfüUöffnung geführt. ^b5

Nachteilig am bekannten Füllinjektor sind die für den Verschlußkolben erforderlichen langen Verschiebungswege, die lange Taktzeiten und eine große Baulänge des Füllinjektors bedingen. Nachteilig ist weiterhin, daß der Verschlußkolben nach dem Füllen der Form während des Verschlußtaktes noch ein relativ großes Füllgutvolumen in die Form nachpressen muß. Es ist daher erforderlich, den Verschlußkolben beim bekannten Füllinjektor mit beachtlichen Kräften zu beaufschlagen. Nachteilig beim bekannten Füllinjektor ist schließlich, daß er auf einer durchaus beachtlichen Länge mit großem Querschnitt nur einwandig durch den die Form gebräuchlicherweise umgebenden Dampfkasten geführt ist Dies führt zu einer übermäßigen Erwärmung des durch den Dampfkasten verlaufenden Teils des Füllinjektors und zu Verklebungen und Verklumpungen des Füllgutes. Dies führt weiterhin zu einem Verquetschen und Verreiben des Füllgutes zwischen der Innenwand der Füllrohre und dem Kolben, wodurch der bekannten Füllinjektor sehr wartungsintensiv ist

Weiterhin ist ein einwandiger Füllinjektor aus der US-PS 3190 501 bekannt Der Innenraum des das Füllgut führenden rohrförmigen Injektors ist einfüllseitig trichterartig in der Weise verjüngt, daß der Durchmesser der EinfüUöffnung wesentlich kleiner als der Durchmesser des übrigen Innenraumes des Injektors ist Die EinfüUöffnung ist durch einen an einer Kolbenstange geführten kopfartig ausgebildeten Kolben verschließbar. Die Kolbenstange ist hohl ausgebildet und dient der Druckluftzufuhr. Die Druckluft tritt durch einen Ringspalt am Kolbenkopf aus und treibt bei zurückgezogenem Kolben, also bei geöffnetem Injektor, das Füllgut durch die Füllöffnung in die Form.

Nachteilig bei diesem bekannten Füllinjektor ist zunächst ebenfalls seine einwandige Führung durch den Dampfkasten. Nachteilig ist weiterhin der relativ geringe Wirkungsgrad der am Kolbenkopf auftretenden Förderluft, da der Kolbenkopf zum Öffnen der Form so weit in den Füllinjektor zurückgezogen werden muß, daß ein ausreichend großer Ringraum zwischen der Innenwand des Förderrohres und der Außenwand des Kolbenkopfes zur Verfügung steht, um den Füllguttransport zur EinfüUöffnung nicht zu behindern. Außerdem treibt der Verschlußkolben beim Verschließen der Einfüllöffnung das Füllgut direkt vor sich her, was ebenfalls zu Materialverquetschungen und einer hohen Wartungsanfälligkeit des Injektors führt. In konstruktiver Hinsicht erfordert außerdem die Druckluftzufuhr durch die hohle Kolbenstange einen relativ hohen Fertigungsaufwand, so daß der bekannte Füllinjektor relativ teuer ist

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Füllen einer Form mit schäumbaren Teilchen aus thermoplastischem Kunststoff zu schaffen, die ein öffnen und Schließen des Injektors zur Form mit kurzen Verschiebewegen ermöglicht, den Verschlußbereich des Füllinjektors nach Füllen der Form praktisch vollkommen frei von Füllgut hält, im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen auch mit tiefen Dampfkasten um die Form herum störungsfrei betrieben werden kann und dennoch einfach und kostengünstig herzustellen und zu warten ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Einrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind vorzugsweise ein Injektionskopf, ein Aufgabekopf, das Innenrohr und das Außenrohr des Füllinjektors als zusammensetzbare Einzelteile gefertigt, wobei das

Innenrohr zwischen entsprechende Ansätze beziehungsweise Bohrungen am Injektionskopf und am Aufgabekopf einsteckbar und das Außenrohr mit beiden Köpfen verschraubbar ist Dabei verlaufen die den Ringraum zwischen den beiden Rohren mit dem Inneren des inneren Rohres verbindenden Bohrungen schräg zur Längsachse des Injektionsrohres durch den Injektionskopf.

Dadurch, daß der Füllinjektor der Erfindung bis unmittelbar vor die Einfüllöffnung doppelwandig mit >o Druckiuftführung im Ringraum ausgebildet ist, kann er auch mit tiefen Dampfkästen störungsfrei betrieben werden. Weiterhin bewirkt der dicht vor der Einfüllöffnung liegende Düsenkranz, daß das Füllgut nach dem Füllen der Form aus dem Injektionsrohr herausgetrie- is ben wird. Nach dem Füllen der Form wird also das verjüngte Injektionsrohr sofort freigeblasen, so daß der Verschhißkolben in ein stets sauberes und vom Füllgut freigehaltenes Rohr einführbar ist Es braucht cjnn nur noch ein verschwindend kleines Füllgutvolumen in die Form nachzudrücken. Der Verschlußkolben braucht dadurch nur mit sehr geringen Schubkräften beaufschlagt zu werden. Zum öffnen und Schließen des Füllinjektors sind nur kleinste Verschiebewege erforderlich. Der Injektor der Erfindung ist preiswert herstellbar und einfach und billig zu warten.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine Form, einen diese Form umgebenden Dampfkasten und durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig.2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt, F i g. 3 einen Schnitt nach 3-3 in F i g. 2,

Fig.4 teilweise im Schnitt eine Befestigung zweier Füllinjektoren an einem Dampfkasten und

F i g. 5 eine Draufsicht in Richtung A in F i g. 4.

Die in F i g. 1 gezeigte Form, die mit den schäumbaren Teilchen aus thermoplastischem Kunststoff gefüllt werden soll, besteht aus einem Oberteil 1 und einem Kern 2. Die Form ist vom Dampfkasten 3 umgeben. An der Außenwand 4 des Dampfkastens 3 ist über eine Klemmvorrichtung 5 ein Füllinjektor 6 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gehaltert. Der Füllinjektor besteht im wesentlichen aus einem Außenrohr 7 und einem konzentrisch in diesem angeordneten Innenrohr 13.

Zwischen dem Außenrohr 7 und dem Innenrohr 13 ist ein Ringraum 11 vorgesehen. Im Bereich des äußeren Endes 8 des Außenrohres 7 ist seitlich eine Zuführung 9 für das Füllgut ausgebildet. An diesen Füllgutstutzen 9 ist eine flexible Materialzuführungsleitung 10 angeschlossen. Im Inneren des Innenrohres 13 ist ein Saugförderraum 12 für das Füllgut ausgebildet. Am inneren Ende des Innenrohres 13 ist ein Injektionskopf 14 angeformt. Der Injektionskopf 14 ist in ein Innengewinde 15 des Außenrohres eingeschraubt. Das rückwärtige äußere Ende 16 des Innenrohres 13 ist im rückwärtigen äußeren Ende 8 des Außenrohres 7 abgestützt. Der Innenraum 12 des Innenrohres 13 steht mit der Füllgutzuführung 9, 10 unmittelbar in Verbindung. Der Innenraum 12 mündet formseitig über einen kegelförmigen Abschnitt 17a in ein Injektionsrohr 17, hi das im Injektionskopf 14 ausgebildet ist. Der Injektionskopf 14 weist weiterhin Verbindungsbohrungen 18 auf, die vom Ringraum 11 schräg zu den düsenartigen Bohrungen 19 im Injektionsrohr 17 führen, und zwar in unmittelbarer Nähe der in den Formbohlraum 20 mündenden Einfüllöffnung 21 des Füllinjektors 6.

Am äußeren rückwärtigen Ende 25 des Aufgabekopfes 26 ist ein Druckluftzylinder 27 befestigt, in dem ein Kolben 28 axial verschiebbar angeordnet ist Der Arbeitskolben 28 ist mit einer Kolbenstange 29 verbunden, die axial in den Innenraum 12 des Innenrohres 13 hineinragt und an ihrem vorderen Ende einen Verschlußkolben 30 trägt Der Außendurchmesser des Verschlußkolbens 30 entspricht dem Innendurchmesser des verengten Injektionsrohres 17. Der Verschlußkolben 30 ist so angeordnet, daß er bei vorgeschobenem Arbeitskolben 28 die Einfüllöffnung 21 bündig verschließt Die Zylinderkopfseite 31 des Zylinders 27 weist einen Druckluftanschluß 33 auf, über den der Arbeitskolben 28 in Schließrichtung beaufschlagbar ist Ein weiterer Druckluftanschluß 35 ist im Aufgabekopf 26 vorgesehen. Dieser Druckluftanschluß 35 steht einerseits unmittelbar mit dem Ringraum 11 in Verbindung und führt andererseits über eine Leitung 36 kolbenstangenseitig in den Arbeitszylinder 27 zur Beaufschlagung des Arbeitskolbens 28 in Öffnungsrichtung.

Zum Füllen des Formhohlraums 20 wird der Druckluftanschluß 35 beaufschlagt Dadurch wird der Kolben 28 über die Leitung 36 in Öffnungsrichtung beaufschlagt und zieht die Kolbenstange 29 mit dem Verschlußstopfen 30 in die in F i g. 1 gezeigte Stellung zurück. Durch das Zurückziehen des Verschlußstopfens 30 werden die düsenähnlichen Bohrungen 19 freigegeben. Die Druckluft kann aus dem Ringraum 11 über die Bohrungen 18 aus den Düsenöffnungen 19 in das Injektionsrohr 17 eintreten und von dort in den Formhohlraum 20 einfließen. Dadurch baut sich im Injektionsrohr 17 und im Inneren (»Saugraum«) (12) des Innenrohres 13 ein Unterdruck auf, durch den der leichte, kleinteilige Kunststoff über die Zuführungsleitung 10 und den Füllgutstutzen 9 durch den Saugraum 12 angesaugt und nach dem Passieren der düsenähnlichen Bohrungen 19 zusammen mit der Druckluft in den Formhohlraum 20 eingeblasen wird. Sobald der Formhohlraum mit den Kunststoffteilchen gefüllt ist baut sich in dem kurzen zylindrischen Injektionsraum 17 durch den Rückstau der Förderluft ein Überdruck auf. Durch diesen Überdruck wird das überschüssige Füllgut aus dem Injektionsrohr 17 und dem Inneren 12 des Innenrohres 13 durch den Füllgutstutzen 9 und die flexible Füllgutzuführung 10 in den Silo zurückgeblasen. Anschließend wird die Druckluftzufuhr am Anschluß 35 abgesperrt und der Anschluß 33 mit Druckluft beaufschlagt. Dadurch werden der Arbeitskolben 28, die Kolbenstange 29 und der Verschlußkolben 30 in Richtung auf die Form vorgeschoben, bis das Injektionsrohr 17 völlig verschlossen ist Dabei wird im Injektionsrohr 17 hinter den Düsenöffnungen 19 noch vorhandenes Restmaterial in den Formhohlraum nachgedrückt.

Da die düsenähnlichen Bohrungen 19 unmittelbar in der Nähe der Einfüllöffnung 21 liegen, wird der gesamte Saugraum 12 und der größte Teil des Injektionsrohres 17 einwandfrei von Füllgut leergeblasen. Da der eigentliche Saugförderraum 12 durch das Innenrohr 13 und das Außenrohr 7 doppelwandig ausgebildet ist und in dem zwischen diesen Rohren gebildeten Ringraum 11 während der Fülltakte stets Druckluft fließt, wird die Rohrwand 13 des Förderraums 12 auch im aufgeheizten Dampfkasten 3 nicht mit aufgeheizt. Die am Mantel des

Innenrohres 13 auftretende Erwärmung reicht in jedem Fall bei weitem nicht aus, eventuell haften gebliebene einzelne Kunststoffteilchen zu schmelzen, zu schäumen oder zu verklumpen. Auch wird der Materialfluß im Inneren 12 des Innenrohres 13 durch keine zusätzlichen Haltevorrichtungen beeinträchtigt. Durch die einfache und leichte Ausbildung der Kolbenstange und des Verschlußstopfens sind solche zusätzlichen Haltevorrichtungen oder Führungslager entbehrlich.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den F i g. 2 und 3 gezeigt. Die Funktionsweise des in den F i g. 2 und 3 gezeigten Füllinjektors ist prinzipiell die gleiche wie vorstehend im Zusammenhang mit dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel beschrieben. Gegenüber dem in F i g. 1 gezeigten Füllinjektor weist der in den F i g. 2 und 3 gezeigte Füllinjektor herstellungstechnische und wartungstechnische Vorteile auf.

Bei dem in den F i g. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind das Innenrohr, das Außenrohr, der Injektionskopf und der Aufgabekopf als voneinander unabhängige Einzelteile gefertigt. Dies senkt ihre Herstellungskostenbeträchtlich. Der Injektionskopf 14 ist mehrfach abgesetzt. Auf seinen inneren Absatz 40 ist unter Vermittlung einer Dichtung 41 das glattwandige Innenrohr 13 einfach aufgesteckt. Das Außenrohr 7 trägt ein Innengewinde 15, in das der Injektionskopf 14 eingeschraubt ist. Der äußerste vorderste Abschnitt 42 des Außenrohres 7 ist zu Dichtzwecken gewindefrei ausgebildet. Dieser gewindefreie Dichtabschnitt 42 des Außenrohres 7 ist über eine Dichtung 43 geschoben, die in einer Nut am Injektionskopf 14 eingelegt ist. Das Außenrohr 7 ist außen bündig mit dem Injektionskopf 14 abgeschlossen.

Der ebenfalls als Einzelteil gefertigte Aufgabekopf 26 ist mittels eines Innengewindes 45 auf das sonst glatte Außenrohr 7 aufgeschnittene Außengewinde aufgeschraubt. Dabei ist das glatte Innenrohr 13 in einen Absatz 46 des Aufgabekopfes 26 gewindefrei eingesteckt

Zur Lagerung und Abdichtung der Kolbenstange 29 ist ein Lagerstopfen 50 vorgesehen, dessen Vorderfläche 49 mit dem Füllgutstutzen 9 abschließt Der Lagerstopfen 50 wird vom eingeschraubten Arbeitszylinderrohr 27 auf seinem Sitz im Aufgabekopf 26 gehalten. Zu diesem Zweck weist der Arbeitszylinder 27 ein Außengewinde 51 auf, das in ein entsprechendes Innengewinde des Aufgabekopfes 26 eingeschraubt ist. Eine Ringnut 52 und Bohrungen 53 im Lagerstopfen 50 gewährleistetn die Druckluftverbindung von der Leitung 36 zum Kolbenstangenraum 54 im Arbeitszylinder 27.

Schließlich ist auch der Zylinderkopf 31 auf ein Außengewinde des Arbeitszylinderrohres 27 aufgeschraubt In der Fi g. 2 ist weiterhin ein angeschraubtes Winkelstück 33 für den DruckluftanschluB dargestellt

In Weiterbildung zu dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der übergang vom Saugförderraum 12 zum Injektionsrohr 17 in dem in F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel nicht geradlinig kegelförmig, sondern im Axialschnitt mit leicht parabelförmigem Profil nach Art eines Trichters 60 gestaltet. Dadurch werden ein besonders guter Materialfluß und ein günstigeres Einführen des Verschlußkolbens 30 gewährleistet. Insbesondere ist eine sichere Einführung des Verschlußkolbens 30 auch dann gewährleistet, wenn der Verschlußkolben 30 beim Verschließen des Füllinjektors nicht genau koaxial zum Injektionsrohr geführt ist

to In der in F i g. 3 im Detail dargestellten Weise ist der Verschlußkolben 30 vorzugsweise an seinem Kopf mit zwei PTFE-Ringen 61 und 62 ausgerüstet. Der Dichtungsring 61 ist als im wesentlichen zylindrischer Schlauchabschnitt ausgebildet, der innenseitig eine Ringut 63 aufweist. Diese Ringnut 63 wirkt mit einer Ringwulst zusammen, die am Verschlußkolben 30 ausgebildet ist Der zylindrische PTFE-Dichtungsring61 ist dadurch fest auf dem Körper des Verschlußkolbens 30 gehaltert.

Der PTFE-Dichtungsring 62 ist ebenfalls im wesentlichen als zylindrischer Schlauchabschnitt ausgebildet, weist aber an seinen beiden Rändern einwärts gerichtete Kreisflanschen auf, so daß sein Profil im Axialschnitt also im wesentlichen ein radial einwärts geöffnetes U-Profil ist. Zwischen den beiden Flanschen oder Schenkeln 64 des PTFE-Dichtungsringes 62 liegen mit Abstand voneinander zwei gebräuchliche Gummidichtungsringe 65. Die Ringe 65 werden durch eine am Kern des Verschlußkolbens 30 ausgebildete Ringwulst im axialen Abstand voneinander gehalten.

Das der Kolbenstange 29 zugekehrte Ende des Verschlußstopfens 30 ist im wesentlichen konisch ausgeführt, um 'dem einströmenden Füllgut einen möglichst geringen Strömungswiderstand entgegenzusetzen.

In den F i g. 4 und 5 ist eine Ausführung für eine Klemmvorrichtung 5 gezeigt mit der der Füllinjektor 6 in der Wand 4 des Dampfkastens 3 gehaltert werden kann. Diese Halterung hat sich besonders dann bewährt wenn zwei Füllinjektoren in der in den Fig.4 und 5 gezeigten Weise sehr dicht nebeneinander gehaltert werden mußten. Die Klemmvorrichtung 5 besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Ring, der einen Anschlagkragen 70 aufweist der auf der Wand 4 des Dampfkastens aufliegt Am rückwärtigen Teil 71 ist aus dem Zylinder ein Halbkreisringsegment 72 ausgeschnitten. Das mit dem zylindrischen Ring einstückig verbundene Segment 73 und das abgetrennte Segment 72 sind gemeinsam von einem Spannelement 74 umgeben und haltern unter der Beaufschlagung durch das Spannelement 74 den FülHnjektor 6 an der Außenseite des Außenrohres 7. Das ringförmige Spannelement 74 ist nach Art einer Rohrschelle ausgebildet und weist abgebogene Schenkel 76 und eine tangentiale Spannschraube 77 auf, die mit einer Mutter 78 angezogen werden kann. Durch die geringe Gesamtwandstärke W der Segmente 71, 72 und der Spannvorrichtung 74 können die FülBnjektoren 6 unabhängig voneinander radial sehr dicht nebeneinan-

to der gehaltert werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   L Einrichtung zum Füllen einer Form mit schäumbaren Teilchen aus thermoplastischem Kunststoff, bei der ein Innenrohr, das einerseits über einen Aufgabekopf an einen Speicher für die Teilchen und andererseits mit seiner EinfüUöffnung an die Form anschließbar ist, von einem Außenrohr mit Abstand umgeben ist, wobei der mit Druckluft beaufschlagbare Raum zwischen den Rohren in der Nähe der Form eine düsenartige Verbindung mit dem Inneren des Innenrohres aufweist und das Innenrohr durch einen an einer verschiebbaren Kolbenstange angeordneten Kolben verschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das '⁵ Innenrohr (13) trichterartig {Via, 60) in seinem Inneren in ein Injektionsrohr (17) mit verengtem Querschnitt übergeht, daß der Außendurchmesser des Kolbens (30) dem Innendurchmesser des Injektiohsrbhres (17) entspricht und daß der Ringraum (U) über radial gleichmäßig einmündende, düsenartige Bohrungen (18) in unmittelbarer Nähe der Einfüllöffnung (21) mit dem Injektionsrohr (17) verbunden ist
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (13) auf einen Ansatz (40) eines Injektionskopfes (14) und in eine Bohrung (46) des Aufgabekopfes (26) gesteckt ist, daß das Außenrohr (7) auf einen Gewindeabsatz (15) des Injektionskopfes (14) und in einen Gewindeabsatz (4S) des Aufgabekopfes (26) geschraubt ist und daß die Bohrungen (18) schräg zu Längsachse des Injektionsrohres (17) durch den Injektionskopf (14) verlaufen.

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